专利名称：一种光纤传感器结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学测量领域，尤其涉及利用输入激光在光纤中产生的倏逝波 激励一种毛细管结构内的气体或液体物质，得到的荧光光语或拉曼光语，再利 用光镨仪进行频语分析，从而实现对测试气体或者液体物质进行检测的光纤传 感器结构。
背景技术：
光纤气体传感器或光纤液体传感器由于具有电绝缘性好、抗电^兹干扰能力 强、防爆、可远距离长期在线测量、传感单元结构简单、稳定可靠、易于组成 光纤传感网络等优点，已广泛应用于对各种有毒和有害气体或液体物质的探测、 大气污染和工业废气、工业废水监测以及对食品和居住环境质量的检测等。
光纤气体传感器或光纤液体传感器包括光谱吸收型、荧光型、染料指示剂 型、折射率变化型和倏逝波型等。其中光谱吸收型传感器的传感测量系统较复
杂、光学元件较多、成本较高、稳定性较差；染料指示剂型传感器易受化学反 应速度限制，对环境温度和湿度敏感，可逆性差；折射率变化型传感器易受其 它气体影响需经常调校，其可靠性和稳定性较差；荧光型传感器常常由于泵浦 光不强而使产生的信号较弱，因而检测系统复杂，系统成本较高；倏逝波型传 感器具有结构设计简单、成本较低等优点，但同样存在灵敏度不高的缺点。
发明内容
针对上述各光纤气体传感器或光纤液体传感器的不足，本发明提出一种结 合荧光型、拉曼型及倏逝波型原理制作光纤气体传感器或光纤液体传感器。 本发明的技术方案是本发明的光纤传感器结构，通过光纤输入激光，激光在光纤中产生的倏逝 波激励其外围的气体或液体物质，得到的荧光或拉曼光，收集所述的荧光或拉 曼光，再通过光语仪进行频谱分析和处理，获得检测结果。所述的光纤设置于
毛细管套内，所述的毛细管套由3段毛细管套胶合一起而成，具体包括 第一毛细管套(102A)，其管内为光纤的常规区段(101A); 第二毛细管套(102B)，其管内为光纤的锥形区段(101B); 第三毛细管套(102C)，其管内为光纤的锥形区段(101C)。 进一步的，所述的第一毛细管套(102A)和第二毛细管套(102B)的胶合
处设置一导入通道(104 ),所述的第一毛细管套(102A )和第三毛细管套(102C )
的胶合处设置一导出通道(105 )。
进一步的，所述的导入通道(104)、第一毛细管套(102A)内通道和导出
通道(105)形成的管道结构内通过不断流通的气体或液体物质，实现流动检测
气体或液体物质。
或者，所述的导入通道(104)、第一毛细管套(102A)内通道和导出通道 (105)形成的管道结构内通入气体或液体物质后，闭合导入通道(104)的入 口密封塞(1041)以及导出通道(105)的出口密封塞(1051),从而形成一密 闭的管道结构。密封液体和气体作为光谱标准体，实现检测气体或液体物质。
进一步的，所述的第二毛细管套(102B )和其管内的光纤的锥形区段(101B ) 的间隙填充密封胶(103)，所述的第三毛细管套(102C)和其管内的光纤的锥 形区段(101C)的间隙填充密封胶(103)。防止被测液体或者气体从第二毛细 管套(102B)或第三毛细管套(102C)端泄漏。
扩展的实施方式，所述的第三毛细管套(102C)由2个斜切口的毛细管套 (102C1、 102C2)胶合而成，所述的胶合面镀反射膜(S2 )。该实施方式中，导出通道(105)可以设置于两胶合斜面。
所述的第一毛细管套(102A)的管道外围镀反射膜(Sl)。将产生的荧光或 拉曼光传播限制在第一毛细管套的管道内部，实现端面收集，可用于测量折射 率高于光纤的液体。
优选的实施方式，所述的荧光或拉曼光(106 )还通过一光学会聚元件(107 ) 会聚收集，再入射进入传输光纤(108)至所述的光镨仪。
本发明的技术优点是可消去泵浦光对测量光影响，实现一种结构简单又检 测灵敏的光纤气体传感器或光纤液体传感器。
图l是本发明的实施例一的结构示意图； 图2是本发明的实施例二的结构示意图； 图3是本发明的实施例三的结构示意图； 图4是本发明的实施例四的结构示意图。
具体实施例方式
现结合附图和具体实施方式
对本发明进一步说明。
本发明的光纤传感器结构，通过光纤输入激光，激光在光纤中产生的倏逝 波激励其外围的气体或液体物质，得到的荧光或拉曼光，收集所述的荧光或拉 曼光，再通过光谱仪进行频语分析和处理，获得检测结果。
参阅图l所示的实施例一，其中IOIA为光纤的常规区段，101B、 101C为光 纤的锥形区段，102A、 102B、 102C为三段光纤毛细管套，104、 105分别为导入 通道和导出通道，103为粘结填充光纤的锥形区段IOIB、 IOIC与光纤毛细管套 102B、 102C的胶，106为通过光纤倏逝波产生的荧光或拉曼光。由于光纤的常 规区段101A在光纤毛细管套102A中可以形成一段很细的光纤，从而可在光纤的常规区段101A和光纤的常规区段101A表面产生很强激光光强。光纤的常规 区段101A、光纤的锥形区段101B、光纤的锥形区段101C,光纤毛细管套102A、 102B、 102C通过粘结结合成一体，待测气体或液体可从导入通道104进入光纤 毛细管套102A并^^皮激光激发产生荧光或拉曼光106。
由于光纤毛细管套102A对产生的荧光或拉曼光具有较高透过率，因而光纤 的常规区段101A产生的荧光或拉曼光可从側面被接收，并可用于狭缝式光语测 量。
图2所示的是本发明的扩展实施方式，其中，由光纤毛细管102A、光纤毛 细管102B,图1中的光纤毛细管102C扩展为带斜切口的光纤毛细管102C1、102C2 组成。其中S2面为高反膜层，是光纤毛细管102C1、 102C2的切口胶合面。这 里光纤毛细管102A内表面Sl镀有金属反射膜或漫反射膜从而形成光波导或漫 反射腔，从光纤的常规区段101A产生的荧光或拉曼光沿着光纤毛细管102A内 壁传播。104、 105分别为导入通道和导出通道。通入气体或液体物质后，闭合 导入通道104的入口密封塞1041以及导出通道105的出口密封塞1051,从而形 成一密闭的管道结构。当光纤毛细管102B为陶瓷材料制作时，则可在光纤毛细 管102B内形成漫反射腔。其中一部分光被S2表面反射的荧光或拉曼光106通 过光学会聚元件107会聚收集，再入射进入传输光纤108至所述的光谱仪进行 分析处理。采用这个结构可大大提高收集的荧光或拉曼光强度。
图3的实施例三的原理与图2的实施例二类似，并可用于测试液体样品。 其中104、 105分别为进液口和出液口， nF为光纤折射率，ng为毛细管玻璃(或 塑料)折射率，nL为液体折射率，且nF〉nL〉ng在毛细管中产生波导， 一部分荧 光或拉曼106光沿波导方向传输并被S2面反射；另一部分荧光或拉曼106可在 光纤毛细管套102A侧面收集，荧光或拉曼光106均通过光学会聚元件107会聚收集，再入射进入传输光纤108至所述的光镨仪进行分析处理。
图4的实施例四的结构原理亦与图2的实施例二类似，在光纤毛细管102A 管外镀金属反射膜或漫反射膜S3,将产生的荧光或拉曼光106传播限制在光纤 毛细管102A内部，实现端面收集，荧光或拉曼光106通过光学会聚元件107会
聚收集，再入射进入传输光纤108至所述的光语仪进行分析处理，可用于测量 折射率高于光纤的液体。
本发明可密封液体和气体作为光谱标准体，也可以通过流通的气体、液体 物质。本发明的优点可消去泵浦光对测量光影响，因为泵浦从光纤输出。本发 明可采用多波长光进入泵浦，亦可通过可调激光器输入激光。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员 应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式 上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种光纤传感器结构，通过光纤输入激光，激光在光纤中产生的倏逝波激励其外围的气体或液体物质，得到的荧光或拉曼光(106)，收集所述的荧光或拉曼光(106)，再通过光谱仪进行频谱分析和处理，获得检测结果，其特征在于，所述的光纤设置于毛细管套内，所述的毛细管套由3段毛细管套胶合一起而成，具体包括第一毛细管套(102A)，其管内为光纤的常规区段(101A)；第二毛细管套(102B)，其管内为光纤的锥形区段(101B)；第三毛细管套(102C)，其管内为光纤的锥形区段(101C)。
2. 根据权利要求l所述的光纤传感器结构，其特征在于所述的第一毛细管套(102A)和第二毛细管套(102B)的胶合处设置一导入通道(104)，所述的 第一毛细管勤102A)和第三毛细管封102C )的胶合处设置一导出通道(105 )。
3. 根据权利要求1或2所述的光纤传感器结构，其特征在于所述的导入通道(104)、第一毛细管套(102A)内通道和导出通道(105)形成的管道结构内 通过不断流通的气体或液体物质。
4. 根据权利要求1或2所述的光纤传感器结构，其特征在于所述的导入通道(104)、第一毛细管套(102A)内通道和导出通道(105)形成的管道结构内 通入气体或液体物质后，闭合导入通道(104 )的入口密封塞(1041)以及导 出通道(105)的出口密封塞(1051)，从而形成一密闭的管道结构。
5. 根据权利要求1或2所述的光纤传感器结构，其特征在于所述的第二毛细 管套(102B)和其管内的光纤的锥形区段(101B)的间隙填充密封胶(103), 所述的第三毛细管套(102C)和其管内的光纤的锥形区段(101C)的间隙填 充密封胶(103)。
6. 根据权利要求l所述的光纤传感器结构，其特征在于所述的第三毛细管套(102C)由2个斜切口的毛细管套(102C1、 102C2)胶合而成，所迷的胶合 面镀反射膜(S2 )。
7. 根据权利要求1或2所述的光纤传感器结构，其特征在于所述的第一毛细 管套(102A)的管道外围镀反射膜(Sl)。
8. 根据权利要求3所述的光纤传感器结构，其特征在于所述的第一毛细管套(102A)的管道外围M射膜(Sl)。
9. 根据权利要求4所述的光纤传感器结构，其特征在于所述的第一毛细管套(102A)的管道外围镀反射膜(Sl)。
10. 根据权利要求1所述的光纤传感器结构，其特征在于所述的荧光或拉 曼光(1G6)还通过一光学会聚元件(107)会聚收集，再入射进入传输光纤(108)至所述的光镨仪。
全文摘要
本发明涉及光学测量领域，尤其涉及光纤传感器结构。本发明的光纤传感器结构，通过光纤输入激光，激光在光纤中产生的倏逝波激励其外围的气体或液体物质，得到的荧光或拉曼光，收集所述的荧光或拉曼光，再通过光谱仪进行频谱分析和处理，获得检测结果。所述的光纤设置于毛细管套内，所述的毛细管套由3段毛细管套胶合一起而成，具体包括第一毛细管套，其管内为光纤的常规区段；第二毛细管套，其管内为光纤的锥形区段；第三毛细管套，其管内为光纤的锥形区段。本发明的技术优点是可消去泵浦光对测量光影响，实现一种结构简单又检测灵敏的光纤气体传感器或光纤液体传感器。
文档编号G01N21/64GK101587077SQ20091011211
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者凌吉武, 砺 吴, 孙朝阳, 陈燕平 申请人:福州高意通讯有限公司